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稱重傳感器技術(shù)知識(shí)
稱重傳感器選擇指南
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  稱重傳感器選擇指南。

  稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置,是電子衡器的關(guān)鍵部件。

  能實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器有很多種,常見的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電磁式主要用于電子天平,電容式用于部分電子吊秤,而大多數(shù)衡器產(chǎn)品使用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻式稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡單,精度高,適用范圍廣,可用于相對(duì)較差的環(huán)境。所以電阻式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛的應(yīng)用。

  電阻應(yīng)變稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片和補(bǔ)償電路組成。彈性體是稱重傳感器的受力元件,由優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋁型材制成。電阻應(yīng)變片由金屬箔腐蝕成柵格形成,四個(gè)電阻應(yīng)變片以橋的結(jié)構(gòu)形式粘附在彈性體上。在不受力的情況下,電橋的四個(gè)電阻值相等,電橋處于平衡狀態(tài),輸出為零。當(dāng)彈性體受力變形時(shí),電阻應(yīng)變片也隨之變形。在彈性體受力彎曲過程中,兩個(gè)應(yīng)變片被拉伸,金屬絲變長,電阻值增加;另外兩個(gè)受壓,電阻值減小。這將導(dǎo)致原有平衡的電橋失衡,電橋兩端產(chǎn)生電壓差。電壓差與彈性體受力的大小成正比。通過檢測(cè)電壓差,可以得到傳感器受力的大小,電壓信號(hào)經(jīng)儀表檢測(cè)后計(jì)算后可以得到相應(yīng)的重量值。

  為了滿足各種衡器結(jié)構(gòu)的安裝需要,稱重傳感器形成了各種結(jié)構(gòu)形式,傳感器的名稱通常根據(jù)其形狀進(jìn)行稱呼。如橋式傳感器(主要用于汽車衡)、懸臂梁式(地面衡、料斗秤、汽車衡)、柱式(汽車衡、料斗秤)、箱式(臺(tái)秤)、S型(料斗秤)等。一種衡器載體通常有多種結(jié)構(gòu)形式的傳感器可供選擇。如果傳感器選擇得當(dāng),對(duì)衡器性能的提高非常有幫助。

  電阻應(yīng)變式稱重傳感器有多種規(guī)格,從幾百克到幾百噸不等。選擇稱重傳感器范圍時(shí),應(yīng)根據(jù)所用衡器的稱重量確定。經(jīng)驗(yàn)公式如下:

  感應(yīng)器總載荷(單個(gè)感應(yīng)器允許載荷X感應(yīng)器數(shù)量)=1/2~2/3衡器秤量。

  稱重傳感器的精度等級(jí)分為四個(gè)等級(jí):A、B、C、D。不同的等級(jí)有不同的誤差范圍。a級(jí)傳感器的要求。等級(jí)后面的數(shù)字表示評(píng)分值。數(shù)字越大,傳感器質(zhì)量越好。比如C2表示C級(jí),2000個(gè)評(píng)分值;C5表示C級(jí),5000個(gè)評(píng)分值。顯然C5比C2高。傳感器常用的等級(jí)是C3和C5,可以用來制作精度等級(jí)為II的電子衡器。

  稱重傳感器的誤差主要由非線性誤差、滯后誤差、重復(fù)誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差和額定輸出溫度附加誤差引起。

  近年來,數(shù)字傳感器將A/D轉(zhuǎn)換電路和中央處理器電路放入傳感器。傳感器輸出的不再是模擬電壓信號(hào),而是經(jīng)過處理的重量數(shù)字信號(hào)。這帶來了以下優(yōu)點(diǎn):

  1.儀器可以分別收集每個(gè)數(shù)字傳感器的信號(hào),并通過線性方程式操作對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn),使得一次性完成四角誤差校正成為可能。使用模擬傳感器的衡器頭疼的問題是四角誤差校正,往往需要反復(fù)調(diào)整才能達(dá)到要求,每次調(diào)整都需要移動(dòng)沉重的砝碼,既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

  2.由于儀器可以檢測(cè)到每個(gè)傳感器的信號(hào),任何傳感器都可以從儀器上觀察到問題,便于維護(hù)和工作。

  3.數(shù)字傳感器使用485接口傳輸數(shù)字信號(hào),傳輸距離遠(yuǎn),不受干擾。克服了模擬信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)睦щy和容易受到干擾的問題。

  4.數(shù)字傳感器可以通過微處理器修正傳感器的誤差,使輸出的傳感器數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

  稱重傳感器被稱為電子衡器的神經(jīng)系統(tǒng),其性能在很大程度上決定了電子衡器的精度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到如何選擇傳感器的問題。

  稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)電信號(hào)輸出的裝置。使用傳感器時(shí),首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境,這對(duì)于正確選擇傳感器至關(guān)重要,它關(guān)系到傳感器是否能正常工作,其安全性和使用壽命,甚至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。

  環(huán)境對(duì)傳感器的影響主要包括以下幾個(gè)方面:

  (1)高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂層材料熔化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)變化等問題。高溫環(huán)境下工作的傳感器經(jīng)常使用耐高溫傳感器;此外,必須配備隔熱、水冷或氣冷設(shè)備。

  (2)灰塵和濕氣對(duì)傳感器造成短路的影響。在這種環(huán)境條件下,應(yīng)選擇高度密封的傳感器。不同的傳感器密封方式不同,密封性能也大不相同。

  常見的密封包括密封膠填充或涂層;橡膠墊機(jī)械緊固密封;焊接(氬弧焊、等離子束焊)和抽真空氮?dú)饷芊狻?/p>

  從密封效果來看,焊接密封是填充涂層密封劑的量差。對(duì)于在室內(nèi)清潔干燥環(huán)境下工作的傳感器,可以選擇涂膠密封的傳感器,但對(duì)于在濕氣、粉塵性高的環(huán)境下工作的傳感器,必須選擇薄膜熱套密封或薄膜焊接密封、抽真空充氮的傳感器。

  (3)在腐蝕性較高的環(huán)境中,如潮濕、酸性對(duì)傳感器產(chǎn)生彈性體損傷或短路等影響,應(yīng)選用外表面噴塑或不銹鋼外罩,具有良好的耐腐蝕性和密封性。

  (4)電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出紊亂信號(hào)的影響。在這種情況下,嚴(yán)格檢查傳感器的屏蔽性,看是否有良好的抗電磁能力。

  (5)易燃易爆不僅對(duì)傳感器造成了徹底的損害,還對(duì)其他設(shè)備和人身安全構(gòu)成了極大的威脅。所以在易燃易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提出了更高的要求:在易燃易爆環(huán)境下,必須選擇防爆傳感器。這種傳感器的密封罩不僅要考慮其密封性,還要考慮防爆強(qiáng)度,以及電纜引出頭的防水、防潮、防爆等。

  其次,傳感器的數(shù)量和范圍的選擇。

  感應(yīng)器數(shù)量的選擇取決于電子衡器的用途和秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心與實(shí)際重心重合的原則確定)。一般來說,秤有幾個(gè)支撐點(diǎn)選擇幾個(gè)傳感器,但對(duì)于一些特殊的秤,如電子吊鉤秤,只能使用一個(gè)傳感器,有些機(jī)電結(jié)合秤應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定傳感器的數(shù)量。

  感應(yīng)器范圍的選擇可以根據(jù)秤的稱重值、選擇感應(yīng)器的數(shù)量、秤體的自重、可能產(chǎn)生的偏載和動(dòng)載等因素進(jìn)行綜合評(píng)估。一般而言,感應(yīng)器范圍越接近分配到每個(gè)感應(yīng)器的載荷,其稱重精度就越高。但是在實(shí)際使用中,由于加載到感應(yīng)器上的載荷除了被稱物體外,還存在秤的自重、皮重、偏載和振動(dòng)沖擊等載荷,所以在選擇感應(yīng)器范圍時(shí),應(yīng)考慮多種因素,以確保感應(yīng)器的安全和使用壽命。

  感應(yīng)器范圍的計(jì)算公式是在充分考慮了影響秤體的各種因素之后,通過大量試驗(yàn)確定的。

  公式如下:

  C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N

  C—單個(gè)傳感器的額定量程;W—秤體自重;Wmax—被稱物體凈重的值;N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量;K-0—保險(xiǎn)系數(shù),一般取值在1.2~1.3之間人;K-1—沖擊系數(shù);K-2—秤體的重心偏移系數(shù);K-3—風(fēng)壓系數(shù)。

  例如:一臺(tái)30t電子汽車衡,稱量是30t,秤體自重為1.9t,采用四只傳感器,根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況,選取保險(xiǎn)系數(shù)K-0=1.25,沖擊系數(shù)K-1=1.18,重心偏移系數(shù)K-2—=1.03,風(fēng)壓系數(shù)K-3=1.02,試確定傳感器的噸位。

  解:根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式:

  C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N

  可知:C=1.25×1.18×1.03×1.02×(30+1.9)/4=12.36t

  因此,可選用量程為15t的傳感器(傳感器的噸位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等,除非特殊訂做)。

  根據(jù)經(jīng)驗(yàn),稱重傳感器一般應(yīng)工作在30%~70%的范圍內(nèi),但對(duì)于一些在使用過程中沖擊力較大的衡器,如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼秤等。選擇傳感器時(shí),一般應(yīng)擴(kuò)大范圍,使傳感器工作在范圍的20%~30%以內(nèi),增加傳感器的稱重儲(chǔ)備,以確保稱重傳感器的安全和使用壽命。

  第三,考慮各種傳感器的適用范圍。

  感應(yīng)器類型的選擇主要取決于稱重類型和安裝空間,以確保安裝合適,稱重安全可靠;另一方面,應(yīng)考慮制造商的建議。制造商通常根據(jù)傳感器的應(yīng)力、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)類型、彈性體材料等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍。例如,鋁懸臂梁傳感器適用于定價(jià)秤、平臺(tái)秤、案例秤等。鋼懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等。鋼橋傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等。柱式傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

  還應(yīng)選擇傳感器的精度等級(jí)。

  傳感器的精度等級(jí)包括非線性、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。選擇傳感器時(shí),不僅要追求高級(jí)傳感器,還要考慮電子秤的精度和成本。

  傳感器級(jí)別的選擇必須滿足以下兩個(gè)條件:

  1.滿足儀器輸入的要求。稱重顯示器是對(duì)稱重傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理后顯示的稱重結(jié)果。因此,稱重傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀器所需的輸入信號(hào),即稱重傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀器的匹配公式,計(jì)算結(jié)必須大于或等于儀器所需的輸入靈敏度。

  稱重傳感器與儀器的匹配公式:

  稱重傳感器輸出靈敏度*激勵(lì)電源電壓*稱重。

  秤的分度數(shù)*傳感器的數(shù)量*傳感器的范圍。

  舉例來說:一個(gè)稱重25kg的定量包裝秤,分度數(shù)為1000個(gè);秤體采用3個(gè)L-BE-25型傳感器,量程25kg,靈敏度2.0±0.008mV/V,拱橋電壓12V;秤體采用AD4325型傳感器。詢問所用傳感器是否與儀器相匹配。

  解:經(jīng)查閱,AD4325儀器的輸入靈敏度為0.6μV/d,所以根據(jù)稱重傳感器與儀器的匹配公式,儀器的實(shí)際輸入信號(hào)為:2×12×25/1000×3×25=8μV/d>0.6μv/d。

  因此,使用的稱重傳感器滿足了儀器輸入靈敏度的要求,可以與所選儀器相匹配。

  2.滿足整個(gè)電子秤的精度要求。電子秤主要由秤、傳感器和儀器組成。在選擇對(duì)稱傳感器的精度時(shí),稱重傳感器的精度應(yīng)略高于理論計(jì)算值,因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制,如秤的強(qiáng)度差、儀器性能差、秤的工作環(huán)境差等因素直接影響秤的精度要求。因此,有必要從各個(gè)方面提高要求,考慮經(jīng)濟(jì)效益,確保達(dá)到目的。

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